焊接连接结构模型更新及随机振动分析

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jerryzhang1805
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在很多工业装备和建筑结构中,如汽车、飞机、轮船和钢结构建筑等,常用到焊接工艺作为部件之间的连接方式。在某些情况下,焊接连接部位力学特征对于整体的动力学特性影响十分明显,目前针对焊接结构的动力学研究相对较少,尤其是针对焊接结构的动力学有限元建模对比及模型更新方面的研究。针对此,本文开展了如下工作:首先,针对焊接T型板的有限元建模方法进行研究,探究了NASTRAN软件中不同单元对T型焊接板中的焊缝模拟的准确性。焊缝模拟单元有固结、梁单元(BEAM)、壳单元(SHELL)、实体单元(SOLID)和CSEAM单元。通过将不同焊缝单元T型板数值仿真获得的自振频率与T型焊接板实验获得的自振频率比较,发现采用CSEAM单元进行焊缝模拟时精确度最好。SHELL单元和SOLID单元模拟焊缝的T型板以及固结模拟焊缝的T型板自振频率计算结果与实验结果对比,发现随着频率阶数的增大,误差会相应增大。BEAM单元模拟焊缝的T型板结算结果误差最大,且结果不稳定,不宜用于模拟焊缝动力学模型。其次,基于CSEAM单元进行了焊接结构动力学模型更新研究。结合输入力残差、参数灵敏度和目标函数,介绍了相应的模型更新理论。采用焊接连接结构的焊缝连接单元(CSEAM单元)中的弹性模量进行参数更新,在优化问题求解过程中,应用的方法分别是大数次实验算法、遗传算法和MATLAB软件中的Fminbond函数优化法。通过对这三种不同优化方法对弹性模量更新后发现,采用Fminbond函数优化法计算速度快,计算结果精度高。大数次方法得到的趋势图比较直观,但是计算效率低,且不容易推广至多参数模型更新。遗传算法虽然比大数次实验算法效率快,但是更新参数精度也略显不足。最后,针对受平稳随机载荷作用的焊接连接结构进行了随机振动分析研究。采用虚拟激励法来求解焊接连接结构的随机振动问题,介绍了虚拟激励法的基本原理,给出了单点平稳激励与多点平稳激励的计算过程,将虚拟激励法与传统算法(传统的CQC算法、SRSS的算法)进行比较,得出虚拟激励法在保证理论精确度的同时,计算速度是最高效的。使用MATLAB软件和NASTRAN软件交互对T型焊接板采用CSEAM单元进行建模,通过二次开发实现应用虚拟激励法对其进行平稳随机载荷作用下的随机振动分析,讨论了单点激励和多点激励对结构随机振动行为的影响。
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